Применение
Датчиком температуры в предлагаемом устройстве служит сам электронагревательный элемент, сопротивление которого зависит от температуры. Поскольку устанавливать специальный датчик не требуется, термостабилизация достигается без вмешательства в конструкцию нагревательного прибора.
В большинстве электрических приборов служащих для нагревания жидкости, обеспечена хорошая тепловая связь между нагреваемой средой и электронагревательным элементом. Поэтому поддерживая температуру элемента постоянной, можно с достаточной во многих случаях точностью стабилизировать и температуру жидкости.
В ряде случаев подобный стабилизатор убережёт от больших неприятностей. Например, исключит опасный перегрев электрокипятильника, включённого без воды или оставленного без надзора, в результате чего вода выкипела.
Предлагаемым устройством можно заменить вышедший из строя биметаллический терморегулятор в электроутюге, где тепловое сопротивление нагреватель – подошва невелико. При этом достигается более высокая точность поддержания температуры подошвы.
Стабилизация температуры электронагревателя, работающего в условиях слабого и непостоянного отбора тепла (например, подогревающего воздух в помещении), не гарантирует неизменности температуры среды, однако, повышает надёжность и безопасность эксплуатации нагревателя.
Благодаря отсутствию датчика описываемый стабилизатор пригоден для высокотемпературных нагревательных приборов (например, муфельных печей), где избавляет от необходимости контролировать температуру с помощью дорогостоящих термопар.
Схема электрическая
На транзисторах VT2 и VT3 собран генератор импульсов, открывающий симистор VS1 – коммутатор нагревателя ЕК1 – в начале каждого полупериода сетевого напряжения. Это минимизирует коммутационные помехи и мощность, расходуемую на управление симистором.
Диоды VD1 и VD4 служа выпрямителями, а стабилитроны VD5 и VD7 – стабилизаторами напряжения питания компаратора DA1 и генератора
Сопротивление нагревателя ЕК1 образует с резисторами R1…R4 измерительный мост, к диагонали которого подключены входы компаратора DA1.
Сопротивление и мощность резистора R4 должны составлять приблизительно 0,5% соответствующих параметров нагревателя. Падение напряжения на этом резисторе – 1,1...1,2 Вэфф.
С помощью резисторов R2 и R3 добиваются чтобы мост был сбалансирован при номинальной или максимально допустимой (в зависимости от решаемой задачи) температуре нагревателя.
Анализ баланса происходит при открытом симисторе VS1 и только в отрицательных полупериодах сетевого напряжения, когда транзистор VT1 закрыт отрицательным напряжением, снимаемым с резистора R4, чем разрешена работа компаратора DA1.
Если температура, а следовательно, и сопротивление нагревателя выше заданных, уровень на выходе компаратора при его включении становится низким. Конденсатор С3 быстро разряжается через резистор R9. На эмиттер транзистора VT2 через резистор R12 и диод VD9 поступает отрицательное напряжение, блокирующее генератор импульсов. Генератор возобновит работу лишь после зарядки конденсатора С3 через резистор R12.
В ближайшем после возобновления работы генератора отрицательном полупериоде сетевого напряжения компаратор DA1 вновь «проверит» сопротивление нагревателя ЕК1, и в зависимости от результата генератор либо продолжит работу, либо вновь будет заблокирован.
Поэтому при перерыве напряжение на нагреватель поступает лишь кратковременно с паузами, зависящими от постоянной времени цепи R12C3. Если температура ниже заданной, нагреватель работает непрерывно.
Конструкция и детали
Печатная плата для схемы стабилизатора температуры показана на рисунке выше. Плата двухсторонняя из фольгированного стеклотекстолита.
Симистор VS1 КУ208Г1 в корпусе TO-220 запаивается непосредственно на плату и вместе с ней крепится к теплоотводу. Сетевое напряжение и нагреватель подключаются к соответствующим разъёмам.
Для указанного типа симистора мощность нагревательного элемента не должна превышать 1 кВт. При мощности нагревателя более 1 кВт необходимо заменить симистор VS1 указанного на схеме типа на более мощный (например, серий ТС106, ТС112).
Каждый из стабилитронов Д814Д можно заменить парой соединенных последовательно низковольтных стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 12...15 В, например, КС162А, КС168А, КС175А.
Настройка
Смонтировав все элементы, кроме диода VD9 к стабилизатору подключают нагреватель и включают его в сеть. Прежде всего проверяют напряжение между выводами 11 и 6 компаратора DA1, которое должно находиться в пределах 24…30 В.
Если при наличии импульсов на коллекторе транзистора VT3 симистор VS1 не открывается или открывается лишь в положительных полупериодах сетевого напряжения, в стабилизаторе уменьшают сопротивление резистора R14.
Далее правый по схеме вывод резистора R12 временно соединяют перемычкой с «общим» проводом (например, с катодом диода VD3) и убеждаются, что с помощью подстроечного резистора R3 можно установить на конденсаторе С3 два значения напряжения почти нулевое и близкое к напряжению стабилизации стабилитрона VD5.
Окончательно регулируют прибор после удаления временной перемычки и установки диода VD9. Переведя переменный резистор R2 в одно из крайних положений и выждав время достаточное для установления теплового режима измеряют температуру нагревателя или обогреваемой среды. Такие же измерения повторяют при нескольких положениях рукоятки управления резистором R2. По полученным результатам резистор можно снабдить шкалой, проградуированной в значениях температуры. Границы интервала регулирования корректируют подстроечным резистором R3, заменяя при необходимости и переменный резистор R2 аналогичным другого номинала.